KR100982960B1 - Method for manufacturing image sensor - Google Patents
Method for manufacturing image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- KR100982960B1 KR100982960B1 KR1020080023347A KR20080023347A KR100982960B1 KR 100982960 B1 KR100982960 B1 KR 100982960B1 KR 1020080023347 A KR1020080023347 A KR 1020080023347A KR 20080023347 A KR20080023347 A KR 20080023347A KR 100982960 B1 KR100982960 B1 KR 100982960B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- microlens
- layer
- pad electrode
- exposure
- image sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 59
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 9
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 5
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 5
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 21
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 8
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000049 pigment Substances 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004200 TaSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14687—Wafer level processing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
이미지 센서의 제조 방법이 개시된다. 이 방법은, 적어도 하나의 포토 다이오드를 갖는 픽셀 어레이 영역에서, 반도체 기판상에 평탄화 층을 형성하는 단계와, 패드 전극의 상부에 형성된 비아 홀을 매립하면서 평탄화층의 상부 전면에 마이크로 렌즈용 물질층을 도포하는 단계와, 제1 노광 마스크를 이용하여, 마이크로 렌즈용 물질층에서 마이크로 렌즈 패턴이 형성되지 않는 영역을 선택적으로 노광하는 단계와, 제2 노광 마스크를 이용하여 패드 전극 상부의 마이크로 렌즈용 물질층만을 선택적으로 노광하는 단계와, 노광된 마이크로 렌즈용 물질층을 현상하여 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 마이크로 렌즈 패턴을 리플로우하여 각 포토 다이오드에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 한다. 그러므로, 패드 전극상에 마이크로 렌즈용 물질층의 찌꺼기를 남기지 않고 깨끗이 제거하면서도 마이크로 렌즈들간의 간격(CD)을 최대한 줄일 수 있도록 노광 에너지를 사용자가 원하는 대로 조절할 수 있도록 하여, 최종 리플로우 공정에 의해 형성되는 마이크로 렌즈의 CD 마진(margin)을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.A method of manufacturing an image sensor is disclosed. The method comprises the steps of: forming a planarization layer on a semiconductor substrate in a pixel array region having at least one photodiode, and a layer of material for the microlens over the top surface of the planarization layer, filling a via hole formed on top of the pad electrode. Applying a light, selectively exposing a region in which the microlens pattern is not formed in the material layer for the microlens using the first exposure mask, and using the second exposure mask for the microlens above the pad electrode. Selectively exposing only the material layer, developing the exposed microlens material layer to form a microlens pattern, and reflowing the microlens pattern to form a microlens corresponding to each photodiode. Characterized in that. Therefore, the exposure energy can be adjusted as desired by the user to the final reflow process to remove the residue of the layer of the microlens material on the pad electrode and cleanly remove it while minimizing the gap (CD) between the microlenses. It has the effect of improving the CD margin (margin) of the formed micro lens.
이미지 센서, 이중 노광, 마이크로 렌즈 Image Sensor, Double Exposure, Micro Lens
Description
본 발명은 반도체 소자에 관한 것으로서, 특히 이미지 센서의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to semiconductor devices, and more particularly to a method of manufacturing an image sensor.
일반적으로 이미지 센서는 광학 신호를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 그 중 씨모스(CMOS:Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서는 제어 회로(Control circuit) 및 신호 처리 회로(Signal processing circuit)를 주변 회로로 사용하는 CMOS 기술을 이용하여 화소 수만큼 포토 다이오드를 만들고 이것을 이용하여 출력(Output)을 차례로 검출하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다.In general, an image sensor is a semiconductor device that converts an optical signal into an electrical signal. Among them, CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors use CMOS technology that uses a control circuit and a signal processing circuit as peripheral circuits to make photodiodes as many as the number of pixels and use them. Is a device that employs a switching method that sequentially detects output.
예를 들면, CMOS 이미지 센서는 빛을 감지하는 포토 다이오드가 구비된 픽셀 어레이 영역과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로 영역으로 구성되며, 광 감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 포토 다이오드의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이나 빛이 들어오는 경로를 줄이고 상부에 마이크로 렌즈를 형성하여 빛을 더 많이 포토다이오드 영역으로 모으려는 기술들이 사용된다.For example, a CMOS image sensor consists of a pixel array area with a photodiode that senses light and a CMOS logic circuit area that processes the detected light into an electrical signal and turns it into data. Efforts have been made to increase the ratio of the area of the photodiode or to reduce the path of light input and to form a microlens on the top to collect more light into the photodiode region.
또한, CMOS 이미지 센서는 트랜지스터의 개수에 따라 3T형, 4T형, 5T형 등으로 구분된다. 3T형은 1개의 포토다이오드와 3개의 트랜지스터로 구성되며, 4T형은 1개의 포토다이오드와 4개의 트랜지스터로 구성된다. 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소에 대한 등가 회로 및 레이아웃(lay-out)을 살펴보면 다음과 같다.In addition, CMOS image sensors are classified into 3T type, 4T type, 5T type, and the like according to the number of transistors. The 3T type consists of one photodiode and three transistors, and the 4T type consists of one photodiode and four transistors. The equivalent circuit and layout of the unit pixels of the 3T-type CMOS image sensor are as follows.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이고, 도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소를 나타낸 레이아웃도이다.FIG. 1 is an equivalent circuit diagram of a general 3T CMOS image sensor, and FIG. 2 is a layout diagram illustrating unit pixels of a general 3T CMOS image sensor.
일반적인 3T형 씨모스 이미지 센서의 단위 화소는, 도 1에 도시된 바와 같이, 1개의 포토다이오드(PD; Photo Diode)와 3개의 nMOS 트랜지스터(T1, T2, T3)로 구성된다. 포토 다이오드(PD)의 캐소드는 제1 nMOS 트랜지스터(T1)의 드레인 및 제2 nMOS 트랜지스터(T2)의 게이트에 접속되어 있다. 그리고, 제1, 제2 nMOS 트랜지스터(T1, T2)의 소스는 모두 기준 전압(VR)이 공급되는 전원에 접속되어 있고, 제1 nMOS 트랜지스터(T1)의 게이트는 리셋 신호(RST)가 공급되는 리셋에 접속되어 있다.As shown in FIG. 1, a unit pixel of a general 3T CMOS image sensor includes one photodiode (PD) and three nMOS transistors T1, T2, and T3. The cathode of the photodiode PD is connected to the drain of the first nMOS transistor T1 and the gate of the second nMOS transistor T2. The sources of the first and second nMOS transistors T1 and T2 are all connected to a power supply to which the reference voltage VR is supplied, and the gate of the first nMOS transistor T1 is supplied with a reset signal RST. It is connected to the reset.
또한, 제3 nMOS 트랜지스터(T3)의 소스는 제2 nMOS 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 제3 nMOS 트랜지스터(T3)의 드레인은 신호선을 통하여 판독회로(미도시)에 접속되고, 제3 nMOS 트랜지스터(T3)의 게이트는 선택 신호(SLCT)가 공급되는 열 선택선에 접속되어 있다. 따라서, 제1 nMOS 트랜지스터(T1)는 리셋 트랜지스터(Rx)라 칭하고, 제2 nMOS 트랜지스터(T2)는 드라이브 트랜지스터(Dx), 제3 nMOS 트랜지스터(T3)는 선택 트랜지스터(Sx)라 칭한다.In addition, the source of the third nMOS transistor T3 is connected to the drain of the second nMOS transistor, the drain of the third nMOS transistor T3 is connected to a read circuit (not shown) via a signal line, and the third nMOS transistor ( The gate of T3 is connected to the column select line to which the selection signal SLCT is supplied. Accordingly, the first nMOS transistor T1 is referred to as a reset transistor Rx, the second nMOS transistor T2 is referred to as a drive transistor Dx, and the third nMOS transistor T3 is referred to as a selection transistor Sx.
일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소는, 도 2에 도시한 바와 같이, 액티브 영역(10)이 정의되어 액티브 영역(10) 중 폭이 넓은 부분에 1개의 포토다이오드(20)가 형성되고, 나머지 부분의 액티브 영역(10)에 각각 오버랩되는 3개의 트랜지스터의 게이트 전극(120, 130, 140)이 형성된다. 즉, 게이트 전극(120)에 의해 리셋 트랜지스터(Rx)가 형성되고, 게이트 전극(130)에 의해 드라이브 트랜지스터(Dx)가 형성되며, 게이트 전극(140)에 의해 선택 트랜지스터(Sx)가 형성된다. 여기서, 각 트랜지스터의 액티브 영역(10)에는 각 게이트 전극(120, 130, 140) 하측부를 제외한 부분에 불순물 이온이 주입되어 각 트랜지스터의 소스/드레인 영역이 형성된다. 따라서, 리셋 트랜지스터(Rx)와 드라이브 트랜지스터(Dx) 사이의 소스/드레인 영역에는 전원전압(Vdd)이 인가되고, 셀렉트 트랜지스터(Sx) 일측의 소스/드레인 영역은 판독회로에 접속된다. 전술한 각 게이트 전극(120, 130, 140)들은, 도시되지 않았지만, 각 신호 라인에 연결되고, 각 신호 라인들은 일측 끝단에 패드를 구비하여 외부의 구동회로에 연결된다.As shown in FIG. 2, the unit pixel of a typical 3T CMOS image sensor has an
일반적인 이미지 센서의 마이크로 렌즈(ML:Micro Lens)는 포토 레지스트를 사용한 리소그라피(lithography) 공정을 통해 ML 패턴(lens island)을 형성하고 열을 가해 리플로우(reflow)시켜 형성된다. 이때, 열 공정을 사용하는 리플로우 공정은 임계수치(CD:Critical Dimension) 조절이 비교적 용이한 리소그라피 공정에 비해 CD 조절이 쉽지 않기 때문에 ML들간의 간격(gap space)을 대략 100㎚ 이하로 좁히기 매우 어렵다. 이를 해결하기 위해, 포토 공정에서 형성되는 ML 패턴들 사이의 간격을 최대한 작게 형성하고, 리플로우를 통한 CD 변화를 최소화하는 방법이 있으나, 이는 또 다른 문제를 야기하게 된다. 예를 들어 ML 패턴을 형성하는 포토 공정 에서는 분리선(scribe lane)의 패드 전극(metal pad)을 완전히 오픈(open)시키는 동시에 작은 CD를 형성해야 한다. 이때, 패드 전극은 ML이 형성된 픽셀 어레이 영역보다 약 0.6㎛ 정도 깊이 파여 있고, 픽셀 어레이 영역에 형성되는 컬러 필터까지 합할 경우 ML 형성 지역보다 대략 2㎛ 아래에 그 면이 형성되어 있다. 그러므로 필수적으로 디포커싱(defocus)된 노광 강도(intensity)가 형성된다. 이와 같이 디포커싱되는 경우 온 포커싱(on-focus)에서 보다 훨씬 높은 임계 에너지(Eth:threshold energy)를 필요로 하므로 낮은 노광 에너지를 가해야 하는 좁은 ML 패턴을 형성하기 어려운 문제가 있다.A micro lens (ML) of a general image sensor is formed by forming an ML pattern (lens island) through a lithography process using a photoresist and applying heat to reflow. In this case, the reflow process using the thermal process is not easy to control the CD compared to the lithography process where the critical dimension (CD) is relatively easy to adjust, so that the gap space between MLs is narrowed to about 100 nm or less. it's difficult. In order to solve this problem, there is a method of forming the gap between the ML patterns formed in the photo process as small as possible and minimizing the CD change through reflow, but this causes another problem. For example, in the photo process for forming the ML pattern, a small CD must be formed while the pad electrode (metal pad) of the scribe lane is completely opened. At this time, the pad electrode is dug about 0.6 μm deeper than the pixel array region where the ML is formed, and the surface of the pad electrode is formed about 2 μm below the ML formation region when the color filters formed in the pixel array region are combined. Thus essentially defocused exposure intensity is formed. When defocused as described above, a much higher threshold energy (Eth: threshold energy) is required than at on-focus, so it is difficult to form a narrow ML pattern that requires low exposure energy.
도 3은 CD 형성에 필요한 노광 에너지 영역을 패드 전극이 오픈되지 않으므로 거의 사용하지 못하는 경우를 설명하기 위한 그래프로서, 실선(160)이 이와 같은 조건에 해당한다. 도 3에서, 종축은 노광 에너지를 나타내고 횡축은 초점을 나타낸다.FIG. 3 is a graph for explaining a case in which an exposure energy region required for CD formation is hardly used since the pad electrode is not opened, and the
전술한 Eth란, 전면 노광시 포지티브 레지스트(positive resist)를 모두 제거할 수 있는 최소 노광 에너지를 의미한다. 예를 들어 도 3의 실선(160)의 마진 윈도우(margin window)가 보여주듯이 적절한 ML 패턴을 형성하기 위한 노광 에너지가 대략 220mJ/㎠이라면, 디포커싱된 패드 전극에 레지스트 찌꺼기(resist residue)가 남지 않고 깨끗이 제거되기 위한 노광 에너지는 대략 240mJ/㎠이상이다. 이 경우 패드 전극의 레지스트를 모두 제거하기 위해서는 최소 대략 240mJ/㎠의 노광 에너지를 가해야 하는데, 이와 같은 노광 에너지에서는 ML 패턴의 간격이 1.5배 이상 커지므로 이를 리플로우 공정에서 줄여야 하는 경우가 발생한다. 따라서 열(thermal) 공정을 사용해 변화시켜야 하는 CD의 폭이 커짐으로 인해 공정 마진은 더욱 줄어드는 문제가 발생한다. 최근 개발되는 이미지 센서의 경우 리플로우된 CD의 타겟(target)이 100㎚이하가 되는 경우가 보통이므로, 전술한 문제가 더욱 커지게 된다.The above-mentioned Eth means a minimum exposure energy capable of removing all of the positive resist during front exposure. For example, if the exposure energy for forming an appropriate ML pattern is approximately 220 mJ / cm 2, as shown by the margin window of
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 픽셀 어레이 영역에서 마이크로 렌즈 패턴들간의 간격 CD를 충분히 작게 형성하면서도 패드 전극의 상부에 잔류하는 레지스트 찌꺼기를 깨끗이 제거할 수 있는 이미지 센서의 제조 방법을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a method of manufacturing an image sensor capable of cleanly removing resist residues remaining on an upper surface of a pad electrode while forming a sufficiently small gap CD between micro lens patterns in a pixel array region. .
상기 과제를 이루기 위한 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은, 적어도 하나의 포토 다이오드를 갖는 픽셀 어레이 영역에서, 반도체 기판상에 평탄화 층을 형성하는 단계와, 패드 전극의 상부에 형성된 비아 홀을 매립하면서 상기 평탄화층의 상부 전면에 마이크로 렌즈용 물질층을 도포하는 단계와, 제1 노광 마스크를 이용하여, 상기 마이크로 렌즈용 물질층에서 마이크로 렌즈 패턴이 형성되지 않는 영역을 선택적으로 노광하는 단계와, 제2 노광 마스크를 이용하여, 상기 패드 전극 상부의 상기 마이크로 렌즈용 물질층만을 선택적으로 노광하는 단계와, 상기 노광된 마이크로 렌즈용 물질층을 현상하여 상기 마이크로 렌즈 패턴을 형성하는 단계와, 상기 마이크로 렌즈 패턴을 리플로우하여 상기 각 포토 다이오드에 대응하는 마이크로 렌즈를 형성하는 단계로 이루어지는 것이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an image sensor, the method including: forming a planarization layer on a semiconductor substrate in a pixel array region having at least one photodiode, and filling a via hole formed on the pad electrode Coating a microlens material layer on the entire upper surface of the planarization layer, selectively exposing a region in which the microlens pattern is not formed in the microlens material layer using a first exposure mask, Selectively exposing only the microlens material layer on the pad electrode using a second exposure mask, developing the exposed microlens material layer to form the microlens pattern, and By reflowing the lens pattern, the microlenses corresponding to the respective photodiodes It is preferable made of a step of sex.
본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법은 패드 전극상에 마이크로 렌즈용 물질층의 찌꺼기를 남기지 않고 깨끗이 제거하면서도 마이크로 렌즈들간의 간 격(CD)을 최대한 줄일 수 있도록 노광 에너지를 사용자가 원하는 대로 조절할 수 있도록 하여, 최종 리플로우 공정에 의해 형성되는 마이크로 렌즈의 CD 마진(margin)을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.The manufacturing method of the image sensor according to the present invention can adjust the exposure energy as desired by the user so that the gap (CD) between the microlenses can be reduced as much as possible without removing the residue of the material layer for the microlens on the pad electrode. As a result, the CD margin of the microlens formed by the final reflow process can be improved.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서의 제조 방법의 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 다음과 같이 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, an embodiment of a manufacturing method of an image sensor according to the present invention will be described as follows.
도 4a 내지 도 4k들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.4A to 4K show cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 4a를 참조하면, 적어도 하나의 포토 다이오드(미도시)를 갖는 픽셀 어레이 영역(P)과 로직 회로 영역(L)으로 정의되는 반도체 기판(미도시)상에 층간 절연막(200)을 형성한다. 예를 들어, 반도체 기판상에 산화막을 증착한 후, 화학 기계적 연마(CMP:Chemical Mechanical Polishing) 공정을 수행하여 표면을 평탄화시킴으로서, 층간 절연막(200)을 형성할 수 있다. 이때, 반도체 기판상에는 멀티 구조로 형성되어 서로 콘텍 플러그를 통해 전기적으로 연결되는 각종 배선(미도시), 신호의 온/오프를 제어하는 트랜지스터(미도시) 및 적색(R:Red), 녹색(G:Green) 및 청색(B:Blue) 신호를 센싱하는 포토 다이오드(미도시)가 형성되어 있음은 물론이다.Referring to FIG. 4A, an
도 4b를 참조하면, 로직 회로 영역(L)에서, 층간 절연막(200)의 상부에 패드 전극(210)을 형성한다. 예를 들어, 층간 절연막(200) 상에 알루미늄 등의 금속 물질을 스퍼터링 방법으로 증착하고 그 위에 실리콘 질화 물질(SiN, SiON)을 PVD(Physical Vapor Deposition)나 CVD(Chemical Vapor Deposition)나 ALD(Atomic Layer Deposition)방법으로 증착한 뒤, 사진 및 식각 공정으로 이를 패터닝하여 로직 회로 영역(L)에 패드 전극(210)을 형성할 수 있다. 여기서, 패드 전극(210)의 하부에는 배리어층(미도시)으로서, TiN/Ti의 적층막, Ta, TaN, WN, TaC, WC, TiSiN, TaSiN을 사용할 수 있다.Referring to FIG. 4B, in the logic circuit region L, a
도 4c를 참조하면, 패드 전극(210)을 포함하는 층간 절연막(200)의 전면에 산화막 등을 증착하고 CMP 공정으로 표면을 연마하여 보호막(220)을 형성한다. 여기서, 패드 전극(210)에 의한 픽셀 어레이 영역(P)과 로직 회로 영역(L)간의 단차를 없애기 위해 산화막을 두텁게 증착하고 패드 전극(210)이 연마되는 것을 방지하기 위해 패드 전극(210)으로부터 예를 들면 3000 내지 5000Å되는 위치에서 CMP 공정을 정지시킬 수 있다.Referring to FIG. 4C, an oxide film or the like is deposited on the entire surface of the
도 4d를 참조하면, 패드 전극(210)의 상부의 보호막(220)을 사진 및 식각 공정에 의해 선택적으로 제거하여 패드 전극(210)을 외부 구동 회로와 본딩시키기 위한 비아홀(224)을 형성한다.Referring to FIG. 4D, the
도 4e를 참조하면, 픽셀 어레이 영역(P)에서, 보호막(220A)의 상부에 각 포토 다이오드(미도시)에 대응하는 컬러 필터층(230)을 형성한다. 예를 들어, 보호막(220A)을 포함한 전면에 포토레지스트를 도포하고, 마스크를 이용하는 사진 및 식각 공정을 적용하여 포토 레지스트의 일부를 선택적으로 제거함으로써 픽셀 어레이 영역(P)에서 임의의 패턴을 갖는 컬러 필터층(230)을 형성할 수 있다. 컬러 필터층(230)은 포토 레지스트에 색상을 나타내는 안료를 함유시켜 형성한 것으로, 보편적으로 R, G, B 색상의 안료를 함유시킨다. 따라서, 컬러 필터층(230)은 R-컬러 필터층, G-컬러 필터층, B-컬러 필터층으로 구성된다.Referring to FIG. 4E, in the pixel array region P, a
도 4f를 참조하면, 컬러 필터층(230)을 포함하여 픽셀 어레이 영역(P)의 보호막(220A)의 상부에 평탄화층(240)을 형성한다. 예를 들어, 컬러 필터층(230)을 포함하는 보호막(220A)의 전면에 포토 레지스트를 도포하고, CMP 공정으로 표면을 연마한 후 마스크를 이용한 사진 및 식각 공정을 적용하여 로직 회로 영역(L)의 포토 레지스트를 선택적으로 제거함으로써, 컬러 필터층(230)을 커버(cover)하는 형태로 픽셀 어레이 영역(P)에 평탄화층(240)을 형성할 수 있다.Referring to FIG. 4F, the
도 4g를 참조하면, 패드 전극(210)의 상부에 형성된 비아 홀(224)을 매립하면서 평탄화층(240)의 상부 전면에 마이크로 렌즈용 물질층(250)을 도포한다. 예를 들어, 마이크로 렌즈용 물질층(250)은 포토 레지스트가 될 수 있다.Referring to FIG. 4G, the via
도 4h를 참조하면, 제1 노광 마스크(260)를 이용하여, 마이크로 렌즈용 물질층(250)에서 마이크로 렌즈 패턴(250A)이 형성되지 않는 영역을 레이져 등의 빛(262)을 조사하여 선택적으로 노광한다. 이를 위해, 제1 노광 마스크(260)는 광을 투과시키는 투광부(266)와 광을 차단시키는 차단부(264)를 갖는다. 본 발명에 의하면, 마이크로 렌즈들(250B)의 간격(w1)을 줄이기 위해, 제1 노광 마스크(260)를 이용할 때 조사되는 빛의 제1 노광 에너지는 되도록 작게 설정한다. 예를 들어, 제1 노광 에너지는 200mJ/㎠ 내지 240mJ/㎠ 미만이 될 수 있다.Referring to FIG. 4H, light 262 such as a laser may be selectively irradiated on a region where the
도 4i를 참조하면, 제2 노광 마스크(270)를 이용하여, 패드 전극(210) 상부의 마이크로 렌즈용 물질층(250)만을 빛(276)을 조사하여 선택적으로 노광한다. 제2 노광 마스크(270)는 광을 투과시키며 폭(w2)을 갖는 투광부(274)[또는, 패드 전극 오프닝부, 또는 터미널 비아(terminal via)]와 광을 투과시키지 않는 차단부(270)로 구성된다. 차단부(270)는 크롬으로 이루어질 수 있다. 본 발명에 의하면, 패드 전극(210)을 찌꺼기(residue)없이 오픈(open)시킬 수 있도록 제2 노광 마스크(270)를 이용할 때 조사되는 빛의 제2 노광 에너지는 충분히 크게 설정할 수 있다. 예를 들어, 제2 노광 에너지는 200mJ/㎠ 내지 3000mJ/㎠이 될 수 있다. 이때, 제2 노광 마스크(270)를 이용하여 마이크로 렌즈용 물질층(250)을 노광시킬 때, 픽셀 어레이 영역(P)은 노광되지 않는다. 그러므로, 제1 노광 에너지에 의해 형성된 마이크로 렌즈들(250B)간의 간격(CD)(w1)은 변화가 없으나, 패드 전극(210)은 이차적으로 제2 노광 에너지를 받게 된다. 결국, 패드 전극(210)의 상부에 형성된 마이크로 렌즈 물질층(250)은 2번에 걸쳐 노광되므로 단일 마스크에 의해 한 번 노광되는 종래의 경우와 비교할 때 훨씬 큰 노광 에너지에 노출된다. 따라서, 본 발명의 경우, 마이크로 렌즈 물질층(250)을 현상할 때, 노광 에너지 부족에 의해 패드 전극(210)상에 남겨질 수 있는 찌꺼기 없이, 패드 전극(210)이 깨끗이 오픈될 수 있다.Referring to FIG. 4I, only the
도 4j를 참조하면, 노광된 마이크로 렌즈용 물질층(250)을 현상(develope)하여 마이크로 렌즈 패턴(250A)을 형성한다. 여기서, 패드 전극(210) 상부의 마이크로 렌즈용 물질층(250)은 제1 및 제2 노광 마스크들(260 및 270)을 이용한 이중 노광에 의해, 현상시 깨끗이 제거됨을 알 수 있다.Referring to FIG. 4J, the exposed
도 4k를 참조하면, 마이크로 렌즈 패턴(250A)을 예를 들면 150 내지 200℃의 온도에서 베이킹(baking)에 의해 리플로우하여 반구형 형태의 마이크로 렌즈(250B)를 형성한다. 그러나, 마이크로 렌즈용 물질층(250)의 종류에 따라 다양한 모습으로 마이크로 렌즈(250B)가 구현될 수 있으며, 본 발명은 마이크로 렌즈들(250B)이 서로 이격되기만 한다면 마이크로 렌즈(250B)의 형태에 구애받지 않고 적용될 수 있다.Referring to FIG. 4K, the
한편, 본 발명은 패드 전극(210)을 오픈시키는 비아 홀(224)을 매립하면서 평탄화층(240)의 상부에 마이크로 렌즈용 물질층(250)을 형성하고, 마이크로 렌즈 패턴들(250A)간의 간격을 좁히고자 하는 어느 분야에나 적용될 수 있다. 따라서, 전술한 바와 같이 패드 전극(210)을 형성하고, 평탄화층(240)과 컬러 필터층(230) 등을 각각 형성하는 도 4a 내지 도 4f에 도시된 공정에 본 발명은 국한되지 않는다.Meanwhile, the present invention forms the
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.The present invention described above is not limited to the above-described embodiment and the accompanying drawings, and it is common in the art that various substitutions, modifications, and changes can be made without departing from the technical spirit of the present invention. It will be evident to those who have knowledge of.
도 1은 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 등가 회로도이다.1 is an equivalent circuit diagram of a general 3T CMOS image sensor.
도 2는 일반적인 3T형 CMOS 이미지 센서의 단위 화소를 나타낸 레이 아웃도이다.2 is a layout diagram illustrating unit pixels of a general 3T CMOS image sensor.
도 3은 CD 형성에 필요한 노광 에너지 영역을 패드 전극이 오픈되지 않으므로 거의 사용하지 못하는 경우를 설명하기 위한 그래프이다.3 is a graph for explaining a case in which an exposure energy region necessary for CD formation is hardly used since the pad electrode is not opened.
도 4a 내지 도 4k들은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서의 제조 방법에 의한 공정 단면도들을 나타낸다.4A to 4K show cross-sectional views of a method of manufacturing an image sensor according to an exemplary embodiment of the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명DESCRIPTION OF THE REFERENCE NUMERALS
200 : 층간 절연막 210 : 패드 전극200: interlayer insulating film 210: pad electrode
220 : 보호막 224 : 비아홀220: protective film 224: via hole
230 : 컬러 필터층 240 : 평탄화층230: color filter layer 240: planarization layer
250 : 마이크로 렌즈용 물질층 260 : 제1 노광 마스크250: material layer for the microlens 260: first exposure mask
270 : 제2 노광 마스크270: second exposure mask
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080023347A KR100982960B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020080023347A KR100982960B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing image sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20090098145A KR20090098145A (en) | 2009-09-17 |
KR100982960B1 true KR100982960B1 (en) | 2010-09-17 |
Family
ID=41357272
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020080023347A KR100982960B1 (en) | 2008-03-13 | 2008-03-13 | Method for manufacturing image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100982960B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11031425B2 (en) | 2018-11-05 | 2021-06-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and method of manufacturing the same |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006351853A (en) | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Fujifilm Holdings Corp | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
-
2008
- 2008-03-13 KR KR1020080023347A patent/KR100982960B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006351853A (en) | 2005-06-16 | 2006-12-28 | Fujifilm Holdings Corp | Solid-state imaging device and manufacturing method thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11031425B2 (en) | 2018-11-05 | 2021-06-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image sensor and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20090098145A (en) | 2009-09-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100710210B1 (en) | CMOS image sensor and method for fabricating the same | |
KR100672687B1 (en) | CMOS Image sensor and Method for fabricating of the same | |
KR100672699B1 (en) | Method for manufacturing of CMOS image sensor | |
KR100769126B1 (en) | Method for Fabricating CMOS Image Sensor | |
KR100720457B1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing the Same | |
JP2008060572A (en) | Image sensor | |
JP2005129952A (en) | Method for manufacturing cmos image sensor | |
JP2006140483A (en) | Cmos image sensor and method for fabricating the same | |
KR100731130B1 (en) | Cmos image sensor and method for manufacturing the same | |
US7541630B2 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
KR100649031B1 (en) | Method for manufacturing of cmos image sensor | |
US20060183266A1 (en) | Method of fabricating CMOS image sensor | |
KR20060041549A (en) | Cmos image sensor and method for fabricating the same | |
KR100672671B1 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
KR100982960B1 (en) | Method for manufacturing image sensor | |
KR100821475B1 (en) | CMOS Image Sensor and Method for Manufacturing thereof | |
US20090321864A1 (en) | Cmos image sensor and method for manufacturing the sensor | |
KR100449951B1 (en) | Image sensor and method of fabricating the same | |
KR100595601B1 (en) | Method for fabricating an CMOS image sensor | |
KR100698092B1 (en) | Method for manufacturing of CMOS image sensor | |
KR100672678B1 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
KR100720469B1 (en) | Method for manufacturing of cmos image sensor | |
KR100720491B1 (en) | Method for fabricating an cmos image sensor | |
KR100698072B1 (en) | Method for manufacturing of CMOS image sensor | |
KR20060136076A (en) | method for manufacturing of CMOS image sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |